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NX Nastran 汎用構造解析ソフトウェア

機能

NX Nastranの各モジュールの機能概要

線形静解析(SOL101)

物体の変形が比較的小規模で荷重を取り除くと元の形状に復元する弾性域での解析を行います。物体の強度・剛性を評価することが可能です。

実固有値解析(SOL103)

物体の固有モード・固有振動数を計算します。用途としては、部品の固有振動数を把握し、設計変更に役立てたり、固有値解析の結果を周波数応答・過渡応答等の応答解析に利用することが考えられます。物性値としては、静解析で定義した剛性に関するファクターに加え、質量密度が必要になります。

座屈解析(SOL105, SOL106)

構造物が軸方向に圧縮荷重を受け続けた場合、ある限度を超えると横方向へ曲がります。これを座屈といいます。SOL105は弾性体の座屈を扱う線形座屈解析機能です。なお、ベーシック非線形解析機能であるSOL106では、材料非線形・幾何学非線形を考慮した非線形解析が可能となっています。

熱伝導解析(SOL153, SOL159)

物体の温度差による熱伝導、物体と流体の熱伝達、および電磁波を介した熱輻射を網羅しています。熱伝導率その他の物性値、初期温度、温度荷重、温度拘束条件などを設定し、計算を行うことが可能です。

  • 定常熱伝導解析(SOL153)
    時間が十分経過し、温度分布が時間に依存しない状態での温度分布を求めることが可能です。
  • 非定常熱伝導解析(SOL159)
    温度が時間に依存して変化している状態での温度分布を求める過渡解析機能です。

ベーシック非線形静解析(SOL106)

ベーシック非線形解析には、以下のような特徴があり、様々な非線形現象を解析することが可能です。

  • 非線形材料[弾塑性・超弾性(ゴム状弾性)・クリープなど]
  • 大変形・大回転
  • 非線形接触(GAP要素による点接触・SLIDELINE線接触)
  • 非線形座屈
  • 要素ライブラリー
    線形解析でよく使用されるソリッド要素(CHEXA、CTETRAなど)およびシェル要素(CQUAD4など)は、材料非線形・大変形解析にも使用可能

ベーシック非線系過渡応答解析(SOL129)

過渡応答解析は、構造物への比較的短時間の入力に対する応答を時刻歴で計算します。ベーシック非線形過渡応答解析には以下の様な特徴があります。

  • ベーシック非線形解析と同様、材料非線形・大変形に対応
  • ベーシック非線形解析と異なり、構造物の質量は必須であり、それにより減衰を考慮可能
  • 時間依存荷重を考慮可能
  • 非線形のみならず、線形過渡応答解析も可能
  • 求解法として、直接法を採用

動的応答解析

周波数応答解析(SOL108, SOL111)

加振力に対する構造物の周波数領域における応答を線形の範囲(線形材料・微小変形)で計算します。荷重は力または強制運動(変位、速度、加速度)の関数により定義されます。また、減衰を定義することが可能です。求解方法には、以下の2種類があります。

  • 直接周波数応答解析(SOL108)
    連成方程式を直接数値積分を用いて解きます。
  • モーダル周波数応答解析(SOL111)
    構造物の固有モードを用いて運動方程式を縮小し、非連成とした上で数値積分を行うため、計算効率に優れています。このため、比較的大規模のモデルに適した方法です。
過渡応答解析(SOL109, SOL112, SOL108, SOL111)

加振力に対する構造物の時間領域における応答を線形の範囲(線形材料・微小変形)で計算します。荷重は力または強制運動(変位、速度、加速度)の関数により定義されます。また、減衰を定義することが可能です。求解方法には、周波数応答解析と同様、直接法とモーダル法の2種類があります。

  • 直接過渡応答解析(SOL109)
    連成方程式を直接数値積分を用いて解きます。また、変位および速度を初期条件として設定できます。これは、直接法だけの機能です。
  • モーダル過渡応答解析(SOL112)
    構造物の固有モードを用いて運動方程式を縮小し、非連成とした上で数値積分を行うため、計算効率に優れています。このため、比較的大規模のモデルに適した方法です。
ランダム応答解析

ランダム振動とは、地震・航空機や高層建築の圧力変動・ラフな路面からの車体への入力・ロケットやジェットエンジンの騒音による音響加振など、その振動が統計的特性を有する振動を指します。これらは、パワースペクトル密度関数を用いて記述されます。NX Nastranのランダム応答解析は、周波数応答解析の後処理として実行され、応答PSD、自己相関関数の出力を得ることができます。周波数応答解析の部分は、直接法とモーダル法の2種類に対応しています。

  • 直接ランダム応答解析(SOL108)
  • モーダルランダム応答解析(SOL111)
複素固有値解析(SOL107, SOL110)

ブレーキの鳴きのように構造物に摩擦を伴う現象や減衰を含む振動系の振動モードを知ることが可能です。また、伝達関数を用いてモデル化された系(サーボ機構、および回転系を含む)などの安定性を評価するのにも用いられます。NX Nastranでは、Upper Hessenberg法、複素Lanczos法など4種類の固有値抽出法を備えています。方程式の積分法には直接法とモーダル法の2種類があります。

  • 直接複素固有値解析(SOL107)
    方程式を直接数値積分し、固有値を算出します。
  • モーダル複素固有値解析(SOL110)
    まず非減衰モードを計算し、次にそのモードを用いてマトリクスを物理変数からモーダル変数へと変換して算出します。

空力弾性解析(SOL144)

気流の中の構造モデルを解析する機能です。応力や荷重、空力特性、制御系の設計・解析を、一般的な有限要素法による静的な空力弾性解析で行うことが可能です。

スーパーエレメント解析

大規模構造をスーパーエレメントと呼ぶ小規模なサブ構造セットに分割するため、大規模かつ複雑な有限要素モデルを解く際に大きな効果を発揮します。

機能拡張用プログラミング機能(DMAP)

DMAPを使ってアプリケーションを構築し、カスタムモジュールとしてインストールすれば、NX Nastranの機能を拡張することが可能です。例えば構造物の応答についての計算を追加したり、中間データ(外部で生成したシステム・マトリクスなど)をNX Nastranとやり取りしたり、新バージョンを待たずに独自に新しい機能を組み込んだり、標準出力以外の結果を出力させたりすることが可能です。

ロータダイナミクス(SOL110)

シャフト・タービン・プロペラなどの回転系について、ジャイロ効果を考慮した解析が可能です。

設計最適化(SOL200)

各種の解析において設計の最適化と感度解析が可能です。設計パラメータ同士が持つ複雑な関係とパラメータ変更の影響を充分把握できるので設計リスクが低減することが可能です。

アドバンスト非線形解析(SOL601, 106, SOL601, 129, SOL701)

アドバンスト非線形解析モジュールは、汎用非線形解析ソフトウェアであるADINAを組み込んだもので、高度な非線形機能に対応しています。

  • 非線形静解析(SOL601, 106)

    ベーシック非線形(SOL106)同様、材料非線形・大変形などに対応している他、独自の機能として、面接触・ガスケット材料特性・剛体要素の大回転解析が可能です。ガスケット材料は、単層の3次元一次ソリッド要素でモデル化し、ガスケット圧―閉ひずみ特性を定義します。解析結果としては、通常の変位・接触圧などの他、ガスケットのシール性の指標であるGASKET STATUSなどを出力する機能があります。

  • 陰解法非線形動解析(SOL601, 129)

    直接陰解法を用いた非線形過渡応答解析機能です。ベーシック非線形過渡応答のSOL129にはない、面接触機能があります。また、要素・材料特性などのエンティティは、SOL601, 106と共通しています。

    Advanced Nonlinearモジュールの非線形動解析には陰解法と陽解法があります。陰解法はある時刻のつりあい方程式を満足する収束計算をするため、インクリメントあたりの計算コスとは一般に陽解法に比べ高くなります。一方、時間増分は一般に陽解法より大きく設定できます。このため、陰解法は、弾塑性問題・クリープなどの比較的低速の現象の解析に適しています。

  • 陽解法非線形動解析(SOL701)

    陽解法を用いた非線形過渡応答解析機能です。陰解法を用いたSOL601, 129と同様、面接触機能に対応しています。時間積分には、精度の高い解析に適した中心差分法を採用。陽解法の特徴として、陰解法に比べ時間増分を小さく設定する必要があり、総インクリメント数も一般に大きめになります。一方、陽解法では釣り合い方程式を解く収束計算の必要がなく、インクリメント当たりの計算コストは一般に陰解法に比べ低くなります。この特徴により、陽解法は、応力伝播・衝撃・落下問題などの高速な現象の解析に適しています。

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